【正文】 為了求分 組 A的轉(zhuǎn)化率及 R 的收率，需要求出 A及 R 的濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系，現(xiàn)列出如下的微分方程組： 對 A: 2 00() ( 1 . 6 1 6 . 4 )? ? ?A A A Ad V C C C V Q Cdt （ 1） 對 R: () 1 .6 0??R Ad V C CVdt （ 2） 00??V V Q t （ 3） 30 1?Vm 在反應(yīng)時(shí)間（ t=,為方便起見取 t ≈ ）內(nèi)將 m3的 A均速加入反應(yīng)器內(nèi)，故 30 0 .4 1/0 .4??Q m h 采用間歇釜操作時(shí)，原料為 A與 。 解：（ 1）第二章 題已求出 t== (2) 0230 230 1( ) / ( ) 1 5( 1 ) 2 ( 1 ) /11l n ( 1 5 )1 5 5 05 /2?? ? ? ? ???? ? ? ? ?? ? ? ? ? ???? ? ???AAR A R ARA A A AA A ACR R A ACARRAdC dC dC CSdt dt dC C C CC C X km ol mC S dC CCkm ol mCYC (3)若轉(zhuǎn)化率仍為 ，且溫度為常數(shù)，則 D 的瞬時(shí)選擇性為： 2 8 . 2 3 2 . 8 ( 1 )1 . 6 1 6 . 4 3 4 . 4 3 2 . 8??????AAD CXS D 的收率： 0 . 9 5003 2 . 8 ( 1 ) 0 . 8 3 4 8 0 . 73 4 . 4 3 2 . 8?? ? ????AfX AD D A AAXY S d X d XX 這說明能使 D 的收率達(dá)到 70% （ 4）對全混流反應(yīng)器，若使τ =t=,則有 0 20 .3 9 5 8 1 .6 1 6 .4?? ?AACC 解之得： CA= 所以： 0 0 0 . 7 7 8 4 0 . 9 5???AAAACCX C 這說明在這種情況下轉(zhuǎn)化率達(dá)不到 95%。 （ 1） （ 1） 計(jì)算 A 的轉(zhuǎn)化率達(dá) 95%時(shí)所需的反應(yīng)時(shí)間； （ 2） （ 2） A 的轉(zhuǎn)化率為 95%時(shí)， R 的收率是多少？ （ 3） （ 3） 若反應(yīng)溫度不變，要求 D 的收率達(dá) 70%，能否辦到？ （ 4） （ 4） 改用全混反應(yīng)器操作，反應(yīng)溫度與原料組成均不改變，保持空時(shí)與（ 1）的反應(yīng)時(shí)間相同， A 的轉(zhuǎn)化率是否可達(dá)到 95%？ （ 5） （ 5） 在全混反應(yīng)器中操作時(shí)， A 的轉(zhuǎn)化率如仍要求達(dá)到 95%，其它條件不變， R 的收率是多少？ （ 6） （ 6） 若采用半間歇操作， B先放入反應(yīng)器內(nèi)，開始反應(yīng)時(shí) A按（ 1）計(jì)算的時(shí)間均速加入反應(yīng)器內(nèi)。 在間歇反應(yīng)器中等溫進(jìn)行下列液相反應(yīng)： 323 / .2 / .? ? ??? RADAA B R r C km ol m hA D r C km ol m h rD及 rR分別為產(chǎn)物 D及 R的生成速率。 （ 2） （ 2） 如果是全混流反應(yīng)器； （ 3） （ 3） 試比較上二問的計(jì)算結(jié)果； （ 4） （ 4） 若過氧化氫異丙苯濃度增加一倍，其他條件不變，結(jié)果怎樣 ？ 解：（ 1） 0000000 0 011ln( ) ( 1 ) 111l n 56 .37 4 m i n 1 89( ) ( 4 15 ) 30 0? ? ?? ? ?? ? ??? ? ? ? ???A f A fXXAAAAA A A A ArdX dXt C CR k C X k XsV Q t t Q l 0 300 / 15. 94 18. 82 / m i n??Ql 苯酚濃度 0 3. 2 0. 98 9 3. 16 5 /? ? ? ?苯酚 AAC C X m ol l 苯酚產(chǎn)量 0 1 8 .8 2 3 .1 6 5 5 9 .5 6 / m in 3 3 5 .9 /? ? ? ?苯酚Q C m o l k g h （ 2）全混流反應(yīng)器 0 0 000( 1 ) ( 1 )( 1 ) 30 0 8 ( 1 89 ) 66 9 / 16 .02 / m in 89????? ??? ? ? ?A Af AfrA Af Afr AfAfQ C X Q XVkC X k XV k XQ l s lX 苯酚產(chǎn)量 0 1 6 .0 2 3 .2 0 .9 8 9 5 0 .6 9 / m in 2 8 5 .9 /? ? ? ? ?苯酚Q C m o l k g h （ 3）說明全混釜的產(chǎn)量小于間歇釜的產(chǎn)量，這是由于全混釜中反應(yīng)物濃度低，反應(yīng)速度慢的原因。該反應(yīng)為一級反應(yīng)，反應(yīng)溫度下反應(yīng)速率常數(shù)等于 ,最終轉(zhuǎn)化率達(dá) %，試計(jì)算苯酚的產(chǎn)量。 1221. 5 m in , 3. 6 m in????kk得： 1230 / /???AAACC m ol lC m ol l 擬設(shè)計(jì)一反應(yīng)裝置等溫進(jìn)行下列液相反應(yīng)： 212222? ? ?? ? ?R A BS A BA B R r k C CA B S r k C C 目的產(chǎn)物為 R， B 的價(jià)格遠(yuǎn)較 A 貴且不易回收，試問： （ 1） （ 1） 如何選擇原料配比？ （ 2） （ 2） 若采用多段全混流反應(yīng)器串聯(lián)，何種加料方式最好？ （ 3） （ 3） 若用半間歇反應(yīng)器，加料方式又如何？ 解：（ 1）2122 2121122 1? ? ?? ?A R A B AB A A B A BBr k C CSkCR k C C k C CkC?? 由上式知，欲使 S 增加，需使 CA低， CB高，但由于 B的價(jià)格高且不易回收，故應(yīng)按主反應(yīng)的計(jì)量比投料為好。1 1 2 24 .0 mi n , 3 .6 mi n , 1 .5 mi n , 0 , 1 mi n? ? ?? ? ? ? ?k k k k t 由（ 5）～（ 9）式得 1230 .5 5 9 2 /0 .5 0 9 8 /0 .9 3 1 /???AAAC m ol lC m ol lC m ol l （ 2）當(dāng) t→∝ 時(shí)，由（ 5）～（ 9）式得 1 2 30 /? ? ?A A AC C C m ol l （ 3）此時(shí)為 39。1 1 2 2()? ? ? ? ? ?k k k k?? (9) 現(xiàn)在可用上述結(jié)果對本題進(jìn)行計(jì)算： （ 1） 1 39。1 2 1 2 2 1? ? ?k k k k k k?? (8) 39。 39。 39。2 1 1 1 2 21 10 11( ) ( )( ) ( )????????? ? ?????? ? ?????ttk k k k k e k eCCkk????? ? ? ? ? ? ? ? (5) 39。 39。 39。2 1 1 2 3 1 2 2 2? ? ? ?dC k C k C k C k Cdt (2) 39。1 1 1 1 1? ? ?dC k C k Cdt (1) 39。可見只要得到（ A）式的解，則可容易化簡得到（ B） ,(C)及 (D)式的解。39。2 0?k 時(shí)，（ A）式變?yōu)?1 2 3??A A A (B) 當(dāng) 39。 解：根據(jù)題中給的兩種反應(yīng)情況，可分別列出微分方程，然后進(jìn)行求解。 （ 2） （ 2） 反應(yīng)時(shí)間無限延長時(shí)，反應(yīng)物系的組成。 25? ? ?kkx (2)先求出最大轉(zhuǎn)化率 : 21111, m ax21 ( ) 425?? ? ?kkAkXk (3)產(chǎn)物 C 的最大收率： ? ? ? ?21, ma x211 1 1 0 .4 9 0 51??? ? ? ? ??????kkC A AY X Xkk 產(chǎn)物 C 的最大濃度： 3, ma x 0 , ma x 0 .1 0 .4 9 0 5 0 .0 4 9 1 /? ? ? ?C A CC C Y k m o l m 在等溫間歇反應(yīng)器中進(jìn)行液相反應(yīng) 311 2 3? ? ?? ??? kkA A A 初始的反應(yīng)物料中不含 A2 和 A3， A1 的濃度為 2mol/l，在反應(yīng)溫度下k1=,k2=,k3=。11????????????? ??kkA AACAAC CCCk CCk （ C） 將 t1,CA,CC 及 t2,CA,CC 數(shù)據(jù)代入（ C）式化簡得： 2 5 8 2 5 8 ? ? ? ? ? ? ?xx 解之得： 39。1039。11? ? ?CCAAdC k CdC k C 解此微分方程得： 39。12? ? ?C ACdC k C k Cdt (B) （ B）式除以（ A）式得： 39。1??A AdC kCdt （ A） 39。 39。 39。 （ 2） （ 2） 產(chǎn)物 C 的最大濃度； （ 3） （ 3） 對應(yīng) C 的最大濃度時(shí) A 的轉(zhuǎn)化率。 （ 2） （ 2） 如果要求全部反應(yīng)物都轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物 R，是否可能？為什么？ 解： (1) ? ?0000 4 ( 40 00 )() ( ) 32 3 32 3 39 . 02? ? ???? ? ? ? ? ? ?ArA A A AFCHT T X X X XC 00014 2 20()91 .3211000 10 e x p ( ) ( 1 )32 3 39 .01???? ? ?????A f A fXXAAAAA A BAAAAAdX dXt C CR kC CdXChCXX （由數(shù)值積分得出） 323 1 356. 2? ? ? ?TK (2)若 A 全部轉(zhuǎn)化為 R,即 XA=,則由上面的積分式知， t→∝ ,這顯然是不可能的 。反應(yīng)開始時(shí)反應(yīng)混合物的溫度為 50℃。該反應(yīng)的熱效應(yīng)等于 4000kJ/kmol。 所需丙酸鈉的量為 :。由于在同樣條件下，間歇反應(yīng)器的反應(yīng)時(shí)間與反應(yīng)器的大小無關(guān)，所以該生產(chǎn)規(guī)模反應(yīng)器的反應(yīng)時(shí)間也是 48min。假定（ 1）原料裝入以及加熱至反應(yīng)溫度（ 50℃）所需的時(shí)間為 20min，且在加熱過程中不進(jìn)行反應(yīng)；（ 2）卸料及清洗時(shí)間為 10min；（ 3）反應(yīng)過程中反應(yīng)物密度恒定。不同反應(yīng)時(shí)間下， NaOH 溶液用量如下表所示： 時(shí)間， min 0 10 20 30 50 ∝ NaOH 用量， ml 現(xiàn)擬用與實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)條件相同的間歇反應(yīng)器生產(chǎn)丙酸，產(chǎn)量為 500kg/h，且丙酸鈉的轉(zhuǎn)化率要達(dá)到平衡轉(zhuǎn)化率的 90%。) 27 5. 8 ( 2. 96 8 0. 5 ) 95 6. 5? ? ? ? ? ?rV Q t t l （ 2） （ 2） 反應(yīng)器的實(shí)際體積：9 5 6 .5 12750 .7 5? ? ?rVVlf 丙酸鈉與鹽酸的反應(yīng)： 2 5 2 5? ? ?C H CO O N a HCl C H CO O H N aCl 為二級可逆反應(yīng)（對丙酸鈉和鹽酸均為一級），在實(shí)驗(yàn)室中用間歇反應(yīng)器于 50℃等溫下進(jìn)行該反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。 （ 1） （ 1） 若輔助時(shí)間為 ，試計(jì)算反應(yīng)器的有效體積； （ 2） （ 2） 若裝填系數(shù)取 ，試計(jì)算反應(yīng)器的實(shí)際體積。 擬在等溫間歇反應(yīng)器中進(jìn)行氯乙醇的皂化反應(yīng)： 2 2 3 2 2 2? ? ? ?CH Cl CH O H N aH CO CH O HCH O H N aCl CO 以生產(chǎn)乙二醇，產(chǎn)量為 20 ㎏ /h，使用 15%（重量）的 NaHCO3水溶液及 30%（重量）的氯乙醇水溶液作原料，反應(yīng)器裝料中氯乙醇和碳酸氫鈉的摩爾比為 1： 1，混合液的比重為 。要求最終轉(zhuǎn)化率達(dá)到 95%。 3 釜式反應(yīng)器 在等溫間歇反應(yīng)器中進(jìn)行乙酸乙酯皂化反應(yīng)： 3 2 5 3 2 5? ? ?C